دیتاشیت سری ELT302X و ELT305X - بسته‌بندی 4 پین DIP - ولتاژ اوج 400V/600V - درایور تریاک فاز تصادفی - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

سری‌های ELT302X و ELT305X، درایورهای تریاک فوتوکوپلر فاز تصادفی در بسته‌بندی دو ردیفه 4 پین (DIP) هستند. این قطعات برای ایجاد ایزولاسیون الکتریکی و قابلیت درایو جهت کنترل بارهای AC با استفاده از تریاک‌ها طراحی شده‌اند. آن‌ها شامل یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز آرسنید گالیم (GaAs) هستند که به صورت نوری به یک فوتوتریاک سیلیکونی تک‌بلوری فاز تصادفی کوپل شده است. عملکرد اصلی، واسطه‌سازی بین مدارهای کنترل الکترونیکی ولتاژ پایین (مانند میکروکنترلرها) و تریاک‌های قدرت AC ولتاژ بالا است که امکان کنترل ایمن بارهای مقاومتی و سلفی متصل به شبکه‌های 115VAC تا 240VAC را فراهم می‌کند.

مشخصه اصلی تمایز در این سری، ولتاژ بلاکینگ اوج است: سری ELT302X برای 400V و سری ELT305X برای 600V رتبه‌بندی شده‌اند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا بر اساس ولتاژ خط و حاشیه ایمنی مورد نیاز، قطعه مناسب را انتخاب کنند. این قطعات دارای ولتاژ ایزولاسیون بالای 5000 Vrms بین ورودی و خروجی هستند که برای ایمنی کاربر و قابلیت اطمینان سیستم حیاتی است. آن‌ها با استانداردهای ایمنی بین‌المللی مختلف از جمله UL، cUL، VDE مطابقت دارند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که عاری از هالوژن و مطابق با RoHS باشند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• ایزولاسیون ولتاژ بالا:ایزولاسیون 5000 Vrms جداسازی ایمن بین مدارهای کنترل و قدرت را تضمین می‌کند.
• رتبه‌بندی دوگانه ولتاژ:گزینه‌های ولتاژ بلاکینگ اوج 400V (ELT302X) و 600V (ELT305X).
• تریگرینگ فاز تصادفی:فوتوتریاک می‌تواند در هر نقطه از سیکل ولتاژ AC روشن شود که انعطاف‌پذیری برای طرح‌های کنترل مختلف را فراهم می‌کند.
• بسته‌بندی DIP فشرده:بسته‌بندی 4 پین DIP استاندارد، یک بسته‌بندی ترو-هول پرکاربرد است که نمونه‌سازی و تولید آن آسان است.
• تأییدیه‌های ایمنی بین‌المللی:دارای گواهی از UL (E214129)، cUL، VDE (40028391)، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO و CQC.
• مطابقت محیط زیستی:عاری از هالوژن (Br < 900ppm، Cl < 900ppm، Br+Cl < 1500ppm)، مطابق با RoHS و مقررات REACH اتحادیه اروپا.

1.2 کاربردهای هدف

این فوتوکوپلرها برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای سوئیچینگ و کنترل AC مناسب هستند، از جمله:

• کنترل‌های سلونوئید و شیر در لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی.
• سوئیچ‌های قدرت AC استاتیک و رله‌های حالت جامد.
• واسطه‌سازی میکروپروسسورها یا مدارهای منطقی با تجهیزات جانبی 115/240VAC.
• دیمرهای لامپ رشته‌ای و بالاست‌های روشنایی.
• کنترل‌های دما در بخاری‌ها و فرها.
• کنترل‌های موتور برای فن‌ها، پمپ‌ها و لوازم کوچک.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

این مشخصات محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. کارکرد مداوم قطعه در این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• ورودی (سمت LED):حداکثر جریان فوروارد (I_F) برابر 60 mA است. حداکثر ولتاژ ریورس (V_R) برابر 6 V است. اتلاف توان (P_D) در دمای 25°C برابر 100 mW است که بالاتر از دمای 85°C با نرخ 3.8 mW/°C کاهش می‌یابد.
• خروجی (سمت تریاک):ولتاژ ترمینال در حالت خاموش (V_DRM) برای ELT302X برابر 400V و برای ELT305X برابر 600V است. جریان سورژ تکراری اوج (I_TSM) برابر 1 A است. اتلاف توان (P_C) در دمای 25°C برابر 300 mW است که بالاتر از دمای 85°C با نرخ 7.4 mW/°C کاهش می‌یابد.
• کل قطعه:کل اتلاف توان (P_TOT) نباید از 330 mW تجاوز کند. ولتاژ ایزولاسیون (V_ISO) برابر 5000 Vrms به مدت 1 دقیقه است. محدوده دمای عملیاتی (T_OPR) از 55-°C تا +100°C است. دمای ذخیره‌سازی (T_STG) از 55-°C تا +125°C است. دمای لحیم‌کاری (T_SOL) برابر 260°C به مدت 10 ثانیه است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها عملکرد قطعه را در شرایط عملیاتی نرمال در دمای 25°C تعریف می‌کنند.

مشخصات ورودی (LED):

• ولتاژ فوروارد (V_F): معمولاً 1.18V، حداکثر 1.5V در I_F= 10 mA.
• جریان نشتی ریورس (I_R): حداکثر 10 µA در V_R= 6V.

مشخصات خروجی (فوتوتریاک):

• جریان بلاکینگ اوج (I_DRM): حداکثر 100 nA در ولتاژ نامی V_DRMو با I_F= 0 mA.
• ولتاژ اوج در حالت روشن (V_TM): حداکثر 2.5V در I_TM= 100 mA اوج و جریان تریگر نامی LED.
• نرخ بحرانی افزایش ولتاژ حالت خاموش (dv/dt): حداقل 100 V/µs برای ELT302X در ولتاژ نامی V_DRM. برای ELT305X، این مقدار 1000 V/µs در V_PEAK= 400V است. این پارامتر نشان‌دهنده مصونیت قطعه در برابر تریگرینگ ناخواسته ناشی از ترانزینت‌های ولتاژ با افزایش سریع است.

مشخصات انتقال (کوپلینگ):

• جریان تریگر LED (I_FT): این حداقل جریان LED مورد نیاز برای روشن کردن مطمئن تریاک خروجی با ولتاژ ترمینال اصلی 3V است. این پارامتر به سه سطح درجه‌بندی شده است: حداکثر 15 mA (ELT3021/3051)، حداکثر 10 mA (ELT3022/3052) و حداکثر 5 mA (ELT3023/3053). انتخاب درجه پایین‌تر I_FTجریان درایو مورد نیاز از مدار کنترل را کاهش می‌دهد.
• جریان هولدینگ (I_H): معمولاً 250 µA. این حداقل جریانی است که پس از تریگر شدن، باید همچنان از تریاک عبور کند تا آن را در حالت روشن نگه دارد.

3. تحلیل عملکرد و کاربرد

3.1 عملکرد dv/dt و اندازه‌گیری

دیتاشیت یک مدار تست و روش‌شناسی دقیق برای اندازه‌گیری قابلیت dv/dt استاتیک ارائه می‌دهد. یک پالس ولتاژ بالا از طریق یک شبکه RC به خروجی اعمال می‌شود. مقاومت (R_TEST) تغییر می‌کند تا زمان افزایش ولتاژ (τ = R*C) تغییر کند. مقدار dv/dt که در آن قطعه به طور ناخواسته (بدون جریان LED) شروع به تریگر کردن می‌کند، ثبت می‌شود. فرمول dv/dt = 0.632 * V_PEAK/ τ_RCبرای محاسبه استفاده می‌شود. رتبه‌بندی dv/dt بالاتر، مانند 1000 V/µs در ELT305X، در محیط‌های الکتریکی پُرنویز یا هنگام درایو بارهای بسیار سلفی مزیت دارد، زیرا مصونیت بیشتری در برابر تریگرینگ ناخواسته ناشی از اسپایک‌های ولتاژ فراهم می‌کند.

3.2 ملاحظات طراحی و راهنمای کاربردی

هنگام طراحی با این فوتوکوپلرها، چندین عامل باید در نظر گرفته شود:

• مدار درایو LED:مدار کنترل باید جریان کافی برای فراتر رفتن از I_FTدرجه انتخاب شده قطعه را تأمین کند. یک مقاومت محدودکننده جریان ضروری است. LED می‌تواند مستقیماً از پین GPIO یک میکروکنترلر برای درجات پایین‌تر I_FT(مثلاً 5mA) درایو شود، اما ممکن است برای درجات بالاتر یا سوئیچینگ سریع‌تر به یک درایور ترانزیستوری نیاز باشد.
• مدارهای اسنابر:هنگام سوئیچینگ بارهای سلفی (موتورها، سلونوئیدها)، استفاده از یک شبکه اسنابر (معمولاً یک مدار RC) در دو سر تریاک اصلی (نه خروجی فوتوکوپلر) به شدت توصیه می‌شود. این کار اسپایک‌های ولتاژ را سرکوب کرده و تنش dv/dt روی هر دو تریاک اصلی و فوتوکوپلر را کاهش می‌دهد که قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده و EMI را کاهش می‌دهد.
• تخلیه حرارتی:مطمئن شوید که کل اتلاف توان (سمت LED + سمت تریاک) با در نظر گرفتن کاهش رتبه با دما، از 330 mW تجاوز نکند. در دمای محیط بالا ممکن است نیاز به مساحت کافی مس PCB یا جریان هوا باشد.
• مقاومت گیت برای تریاک اصلی:خروجی فوتوکوپلر به گیت یک تریاک با قدرت بالاتر متصل می‌شود. معمولاً یک مقاومت گیت (معمولاً 100-1000 Ω) به صورت سری قرار می‌گیرد تا جریان اوج گیت را محدود کند، نوسانات را میرا کند و مصونیت نویز را بهبود بخشد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد و انواع بسته‌بندی

این قطعات در سه گزینه اصلی فرم پایه در قالب 4 پین DIP ارائه می‌شوند:

• DIP استاندارد:بسته‌بندی ترو-هول با فاصله ردیف 0.1 اینچ (2.54 میلی‌متر) و طول پایه استاندارد.
• گزینه M (خم عریض):بسته‌بندی ترو-هول با پایه‌هایی که به فاصله ردیف 0.4 اینچ (10.16 میلی‌متر) خم شده‌اند، مناسب برای ترسیمات PCB عریض‌تر یا نیازمندی‌های چیدمان خاص.
• گزینه S1 (نصب سطحی):یک فرم پایه نصب سطحی با پروفایل کوتاه. این گزینه معمولاً روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. دیتاشیت شامل یک طرح پد PCB توصیه شده برای این نوع SMD است.

نقشه‌های ابعادی دقیق برای هر سه نوع ارائه شده است که شامل اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها و ارتفاع استندآف می‌شود.

4.2 پلاریته و پیکربندی پین‌ها

پین‌آوت برای یک فوتوکوپلر 4 پین DIP استاندارد است:

1. پین 1: آند LED ورودی.
2. پین 2: کاتد LED ورودی.
3. پین 3: ترمینال اصلی 1 (MT1) فوتوتریاک خروجی.
4. پین 4: ترمینال اصلی 2 (MT2) فوتوتریاک خروجی.

یک نقطه یا فرورفتگی روی بسته معمولاً پین 1 را مشخص می‌کند. پلاریته صحیح برای عملکرد سمت LED حیاتی است. تریاک خروجی دوطرفه است، بنابراین پلاریته اهمیت کمتری دارد، اما روش استاندارد این است که MT2 به سمت خط AC و MT1 به مقاومت گیت متصل به گیت تریاک اصلی وصل شود.

5. اطلاعات سفارش و تولید

5.1 سیستم شماره‌گذاری قطعه

شماره قطعه از فرمت زیر پیروی می‌کند: ELT30[2 یا 5]X Y (Z) - V

• 30[2/5]:302 برای رتبه‌بندی 400V، 305 برای رتبه‌بندی 600V.
• X:شماره قطعه/درجه IFT (1، 2 یا 3 متناظر با حداکثر I_FTبه ترتیب 15mA، 10mA، 5mA).
• Y:گزینه فرم پایه: بدون (DIP استاندارد)، M (خم عریض)، S1 (نصب سطحی).
• (Z):گزینه نوار و قرقره برای S1: TU یا TD (جهت قرقره). برای بسته‌بندی تیوب حذف می‌شود.
• -V:پسوند اختیاری که نشان‌دهنده تأییدیه ایمنی VDE است.

مثال:ELT3053S1(TU)-V یک قطعه با رتبه‌بندی 600V، با حداکثر I_FT برابر 5mA، در فرم پایه نصب سطحی، روی نوار و قرقره با جهت TU و دارای تأییدیه VDE است.

5.2 مشخصات بسته‌بندی

قطعات DIP استاندارد و گزینه M در تیوب‌های حاوی 100 عدد بسته‌بندی می‌شوند. قطعات نصب سطحی گزینه S1 روی نوار و قرقره موجود هستند که هر قرقره حاوی 1500 عدد است. ابعاد دقیق نوار (عرض، فاصله پاکت و غیره) برای سازگاری با تجهیزات پیک و پلیس خودکار ارائه شده است.

5.3 مارکینگ قطعه

قطعات روی بالای بسته مارک می‌شوند. مارکینگ شامل موارد زیر است: \"EL\" (کد سازنده)، شماره قطعه (مثلاً T3053)، یک کد یک رقمی سال (Y)، یک کد دو رقمی هفته (WW) و حرف \"V\" در صورتی که نسخه دارای تأییدیه VDE باشد.

6. راهنمای مقایسه و انتخاب

معیار اصلی انتخاب بین ELT302X و ELT305X، ولتاژ بلاکینگ مورد نیاز است. برای کاربردهای 120VAC، یک قطعه 400V اغلب حاشیه کافی (ولتاژ اوج خط ~170V) را فراهم می‌کند. برای کاربردهای 230VAC (اوج ~325V) یا در محیط‌هایی با سورژ ولتاژ قابل توجه، رتبه‌بندی 600V سری ELT305X حاشیه ایمنی بسیار بهتری ارائه می‌دهد و به طور کلی توصیه می‌شود.

در هر سری، انتخاب درجه I_FT(1، 2 یا 3) یک مصالحه بین سادگی مدار درایو و هزینه است. درجه 3 (5mA) حساسترین بوده و درایو مستقیم از منطق آسان‌تر است، اما ممکن است کمی گران‌تر باشد. درجه 1 (15mA) به جریان درایو بیشتری نیاز دارد اما ممکن است به دلیل مصونیت نویز بالقوه بالاتر یا هزینه کمتر انتخاب شود.

در مقایسه با فوتوکوپلرهای عبور از صفر، این قطعات فاز تصادفی مزیت توانایی تریگر شدن در هر نقطه از سیکل AC را ارائه می‌دهند. این امر برای کاربردهایی مانند دیمینگ زاویه فاز لامپ‌های رشته‌ای یا استارت نرم موتورها، که کنترل توان تحویلی در هر نیم‌سیکل مورد نیاز است، ضروری است. نقطه ضعف این است که سوئیچینگ فاز تصادفی می‌تواند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) بیشتری نسبت به سوئیچینگ عبور از صفر ایجاد کند.